不同浓度保水剂添加对植物幼苗生长的影响

徐美丽，高鸿永

(内蒙古蒙草生态环境(集团)股份有限公司，内蒙古 呼和浩特 010030)

1 前言

中国水资源短缺,加之水资源时空分布不均、水土资源分布不匹配,水资源已成为制约中国社会经济可持续发展的重要因素。此外，我国荒漠化主要发生在内蒙和西北地区,近年来虽然在整体上得到初步遏制,但这些地区生态环境脆弱,区域增温明显,干旱化以及风蚀等现象为荒漠化提供了自然条件,再加上以经济效益为导向的人类活动频繁发生,荒漠化现象并没有得到根本缓解〔〕。因而，保水剂作为高效的节水材料备受人们的关注。保水剂又称高吸水材料，能够吸收自身质量几百倍甚至几千倍的水，吸水后形成水凝胶，而且可以反复吸水。按照原料分类，将保水剂分为：合成聚合类、天然高分子改性类、有机-无机复合类等类型。合成聚合类主要有聚丙烯腈类、聚乙烯醇类、聚丙烯酰胺类、聚丙烯酸盐类等〔2，3〕；天然高分子改性类保水剂有淀粉类、纤维素类、腐殖酸类、木质素改性类、海藻、亚麻屑、氨基酸、壳聚糖等；有机-无机复合类保水剂是通过矿物与单体接枝交联得到的产品〔4〕。淀粉类保水剂是一种天然高分子聚合物，属于生态安全型节水产品，其优点是吸水倍数和吸水速率较快、成本相对较低。本文选用的是此类型保水剂，研究其对植物出苗、幼苗生长情况及抗旱性能的影响，为保水剂在草地恢复、荒漠治理方面的应用提供参考。

2 材料与方法

2.1 实验材料

实验选用的保水剂由深圳华申创达科技有限公司提供，该保水剂是以天然邮寄聚合物和丙烯酸类高分子单体为原料，经多元接枝共聚及交联反应而制成的复合型多功能高吸水保水材料。试验用土为纯沙土，采自和林格尔蒙草基地，将沙土晾晒2天后备用。试验用水为内蒙古和林格尔蒙草草博园的自来水。种子来源于蒙草公司种质资源库。

2.2 实验设计

实验采用盆栽的方法在温室里进行观测，花盆规格为：15cm*11cm*13cm。保水剂与沙土的比例分别为1∶1000、3∶1000、5∶1000、7∶1000共4组，植物种子选择榆(UlmuspumilaL.)、黑麦草(LoliumperenneL.)、波斯菊(CosmosbipinnataCav.)、紫花苜蓿(MedicagosativaL.)、红豆草(OnobrychisviciaefoliaScop)共5种，对照组(CK)为纯沙土不添加保水剂，每组3个重复。

按质量比计算所用的保水剂量与沙土量，并准确称量。将称量好的不同比例保水剂与土壤均匀混合备用。先在花盆底部垫一片纸防止细沙漏出，在纸片上先填入300g纯沙土以避免保水剂吸水后堵塞漏水孔，再添加按比例混合好的保水剂土壤至花盆沿口的3cm处，装好后用喷壶浇水500ml。

播种时选用饱满的种子，并同时做种子发芽实验测定种子的发芽率。每种植物种子每个浓度播种10粒，对照也播10粒，播种后覆干沙土1cm，并贴好标签，将花盆按顺序摆放整齐。播种后7天浇水200mL，之后每隔15天浇水200mL。

2.3 观测方法

播种后1周内每天观测发芽情况，留存照片并记录。待出苗后每周观测1次植物生长情况，记录存活数量，每月记录2次苗高。8、9、10月底分别测定1次土壤含水量，取土深度为5cm。

3 数据处理

用Microsoft Office Excel 2010统计数据，并用SPSS做显著性分析。

4 结果与分析

4.1 不同植物种子的发芽率测定

为了消除种子萌发对实验的影响，因此在实验初期测定了种子的发芽率。5种植物种子的发芽率测定结果见表1。

表1 种子发芽率测定

4.2 不同浓度的保水剂添加对植物出苗的影响

研究结果表明，保水剂浓度越高会对草种的出苗有一定的抑制作用。7∶1000的保水剂添加实验组的榆、紫花苜蓿、红豆草均未出苗；1∶1000实验组的黑麦草、波斯菊、紫花苜蓿、红豆草出苗时间与对照相比无显著性差异，而榆比对照早4d；3∶1000实验组的榆、黑麦草、紫花苜蓿与对照相比无显著性差异；5∶1000实验组的黑麦草、红豆草、紫花苜蓿分别比对照延迟了2d、6d、6d，实验结果见表2。

4.3 不同浓度保水剂添加对植物抗旱情况的影响

通过记录植物在实验期间的出苗时间与死亡时间来研究不同浓度保水剂添加对植物的抗旱效果。研究结果表明，不同浓度的保水剂添加对不同植物的存活天数的影响也不相同。总体来说，保水剂与沙土为1∶1000、3∶1000实验组的植物存活天数要比5∶1000、7∶1000实验组的存活天数长，7∶1000实验组的榆、黑麦草、紫花苜蓿、红豆草未出苗。实验期间，1∶1000、3∶1000实验组的榆的存活天数与对照相比无显著差异，黑麦草比对照的存活天数均增加了61%，紫花苜蓿存活天数比对照分别增加了93%、210%，波斯菊存活天数比对照分别增加了52%、86%；5∶1000的黑麦草与对照相比无显著差异，波斯菊存活天数比对照增加了79%，紫花苜蓿比对照减少了71%，实验结果见表2。

表2 不同保水剂添加对植物抗旱效果的影响

4.4 不同浓度的保水剂对植物生长高度的影响

实验结果表明，不同浓度保水剂添加对不同植物的发芽率与生长情况的影响都不尽相同。总体来看，浓度越高的保水剂对植物的生长有抑制的作用。1∶1000实验组的5种植物与对照相比生长高度无显著性差异，3∶1000实验组的波斯菊、紫花苜蓿、红豆草的生长高度有高于对照的趋势；5∶1000实验组的黑麦草、波斯菊、紫花苜蓿与对照相比生长高度不及对照，结果见图1。

图1 不同浓度保水剂添加对植物生长高度的影响

注：图a为榆；图b为黑麦草；图c为波斯菊；图d为紫花苜蓿；图e为红豆草

4.5 不同保水剂添加对土壤含水率的影响

实验结果表明，添加保水剂可以增加土壤的含水率。添加保水剂的土壤的含水率与对照相比显著提高了，添加保水剂的浓度越高，土壤的含水率也越高。1∶1000、3∶1000、5∶1000、7∶1000实验组的平均土壤含水率分别是对照的1.78、4.07、10.10、12.38倍(图2)。

图2 不同保水剂添加对土壤含水率的影响

5 讨论

本研究选取了4个浓度分别对5种草种试验。添加保水剂实验组的土壤含水率明显比对照组高，这是因为保水剂可以迅速吸收比自身重几百倍甚至上千倍的水分，吸水膨胀，能缓慢释放水分供植物吸收利用〔5〕。不同浓度保水剂添加对植物种子发芽的实验结果表明，7∶1000、5∶1000浓度的保水剂对种子的发芽有明显的抑制作用。可能的原因有以下几点：其一，在实验过程中发现浓度高的保水剂会使沙土表层轻度板结，导致板结的原因可能是施用保水剂的深度过浅导致了沙土表面留有吸水后的保水剂，保水剂施用要避免表层施用，白文波、宋吉青等〔6〕的研究结果表明浓度高的保水剂吸水膨胀对水分入渗在很大程度上形成阻滞作用，阻碍土壤水分向下运移。其二，沙土比热容大蒸发较快，使表层沙土与保水剂迅速失水，造成板结不利于出苗；其三，种子播种深度较浅，不利于种子发芽。

不同植物的抗旱能力对不同浓度保水剂的施加也有不同的相应，韦兰英等的研究结果表明由于不同土壤、气候和植物对保水剂的应用量、应用方法的效果差异很大，同一保水剂应用于不同的植物和土壤可能产生不同甚至相反的效果〔7〕。1∶1000、3∶1000浓度的保水剂提高了植物的抗旱能力，其中黑麦草最为突出。与前人认为土壤中添加保水剂可提高植物抗旱性的结果相一致〔8，9〕。

保水剂是通过对土壤(包括沙土)多层次多角度的作用，以改变土壤的三相，改善生长环境为根本目的，最后间接的作用植物。在使用上总体是简单易用，但对不同植被，不同的土质条件，不同的气候条件在使用量和使用方法上有差异。特别值得提出的是紫外线对保水剂有影响，表面板结的现象应该就是紫外线的崩解作用，说明使用方法还需要再探讨。

6 结论

本文初步探讨了保水剂对草种发芽、出苗、幼苗生长高度的影响。综上所述，在相同实验条件下，保水剂添加会提高土壤表层的含水率。不同浓度的保水剂添加对植物种子发芽的影响不同，高浓度的保水剂对出苗有抑制作用；1∶1000、3∶1000浓度的保水剂对植物的抗旱性有所提高；保水剂的添加使植物的生长高度在实验后期有高于对照的趋势。

参考文献：

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〔6〕白文波,宋吉青,李茂松.保水剂对土壤水分垂直入渗特征的影响〔J〕.农业工程学报,2009,25(2):18-23.

〔7〕韦兰英,袁维圆,焦继飞,等.紫花苜蓿和菊苣比叶面积和光合特性对不同用量保水剂的响应〔J〕.生态学报,2009,29(12):6772-6778.

〔8〕杨永辉,武继承,吴普特,等.保水剂用量对小麦不同生育期根系生理特性的影响〔J〕.应用生态学报,2011,22(1):73-78.

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